一种智能制造系统[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020141337.5
(22)申请日 2020.01.21
(73)专利权人 北京简控科技有限公司
地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5
号北理工1号教学楼208室
(72)发明人 孙椰望　张之敬　张高阳　宋于鹏　
(74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限
公司 11002
代理人 马瑞
(51)Int.Cl.
G05B 19/418(2006.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称
一种智能制造系统
(57)摘要
本实用新型实施例提供一种智能制造系统，
该系统包括：原料库和移动小车，其中：所述原料
库用于存储零件的原材料；所述移动小车用于根
据第一小车指令从所述原料库中获取目标原材
料，并运输所述目标原材料。

本实用新型实施例
提供的一种智能制造系统，该智能制造系统区别
于单一功能的自动化生产线，原料库和移动小车
之间在设置上相互独立，在完成任务时协同配
合，该智能制造系统具备智能制造的柔性化、自
适应、视觉控制非检测、机器人适应性协同技术，
降低了智能制造技术需要升级时的障碍程度，提
高了该智能系统的通用性，并且满足多品种、多
类型的差异性产品需求。

权利要求书1页 说明书8页 附图1页CN 212060961 U 2020.12.01
C N 212060961
U
1.一种智能制造系统，其特征在于，包括：原料库和移动小车，其中：
所述原料库用于存储零件的原材料；
所述移动小车用于根据第一小车指令从所述原料库中获取目标原材料，并运输所述目标原材料；
所述移动小车还用于根据第二小车指令将新原材料增加到所述原料库中。

2.根据权利要求1所述的智能制造系统，其特征在于，还包括若干加工设备，所述加工设备包括线切割机床、3D打印机和车铣复合机床中的一种或多种，其中：
所述线切割机床用于根据第一切割指令对切割材料进行加工；
所述3D打印机用于根据第一打印指令对第一零部件进行增材制造；
所述车铣复合机床用于根据第一复合指令对第二零部件进行车铣复合加工。

3.根据权利要求2所述的智能制造系统，其特征在于，所述移动小车还用于根据第三小车指令将目标原材料运输至所述线切割机床处；
所述线切割机床还用于根据第二切割指令对所述目标原材料进行加工，获取所述目标原材料对应的目标零部件。

4.根据权利要求3所述的智能制造系统，其特征在于，所述移动小车还用于根据第四小车指令夹取所述目标零部件，并将所述目标零部件运输至所述3D打印机处；
所述3D打印机还用于根据第二打印指令从所述移动小车上获取所述目标零部件，并根据所述目标零部件，进行增材制造。

5.根据权利要求3所述的智能制造系统，其特征在于，所述移动小车还用于根据第五小车指令夹取所述目标零部件，并将所述目标零部件运输至所述车铣复合机床处；
所述车铣复合机床还用于根据第二复合指令对所述目标零部件进行车铣复合加工。

6.根据权利要求1所述的智能制造系统，其特征在于，还包括智能机器人和智能装配工作站，其中：
所述移动小车还用于根据第六小车指令将若干待装配部件运输至所述智能装配工作站处；
所述智能机器人用于根据抓取指令从所述移动小车上抓取每一待装配部件，并将每一待装配部件放置在所述智能装配工作站上的预设位置；
所述智能装配工作站用于对每一待装配部件进行组装。

7.根据权利要求2所述的智能制造系统，其特征在于，还包括：中控室，所述中控室用于对分别对所述原料库、所述移动小车、所述加工设备进行总控制。

8.根据权利要求7所述的智能制造系统，其特征在于，所述原料库包括第一控制单元，所述第一控制单元用于对所述原料库进行单独控制；
所述移动小车包括第二控制单元，所述第二控制单元用于对所述移动小车进行单独控制；
所述加工设备包括第三控制单元，所述第三控制单元用于对所述加工设备进行单独控制。

9.根据权利要求8所述的智能制造系统，其特征在于，所述中控室比所述第一控制单元、所述第二控制单元、所述第三控制单元的控制优先级高。

权　利　要　求　书1/1页CN 212060961 U
一种智能制造系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及智能制造技术领域，尤其涉及一种智能制造系统。

背景技术
[0002]智能制造(IntelligentManufacturing，简称IM)技术是当今科技时代的重要发展方向，也是人才培养和创业、就业和科研的关键内容，其核心技术在于完整智能制造系统的创建，关键任务在于融合智能制造技术要素，包括图像处理技术、智能紧固技术、智能控制技术、物联网技术等，用于实现系统装配制造集成，最终达到设备的智能化和高性能运行。

[0003]智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型智能制造生产方式。

[0004]因此，亟需一种智能制造系统。

实用新型内容
[0005]为了解决上述问题，本实用新型实施例提供一种智能制造系统。

[0006]本实用新型实施例提供一种智能制造系统，包括：原料库和移动小车，其中：[0007]所述原料库用于存储零件的原材料；
[0008]所述移动小车用于根据第一小车指令从所述原料库中获取目标原材料，并运输所述目标原材料。

[0009]优选地，所述移动小车还用于根据第二小车指令将新原材料增加到所述原料库中。

[0010]优选地，还包括若干加工设备，所述加工设备包括线切割机床、3D打印机和车铣复合机床中的一种或多种，其中：
[0011]所述线切割机床用于根据第一切割指令对切割材料进行加工；
[0012]所述3D打印机用于根据第一打印指令对第一零部件进行增材制造；
[0013]所述车铣复合机床用于根据第一复合指令对第二零部件进行车铣复合加工。

[0014]优选地，所述移动小车还用于根据第三小车指令将目标原材料运输至所述线切割机床处；
[0015]所述线切割机床还用于根据第二切割指令对所述目标原材料进行加工，获取所述目标原材料对应的目标零部件。

[0016]优选地，所述移动小车还用于根据第四小车指令夹取所述目标零部件，并将所述目标零部件运输至所述3D打印机处；
[0017]所述3D打印机还用于根据第二打印指令从所述移动小车上获取所述目标零部件，并根据所述目标零部件，进行增材制造。

[0018]优选地，所述移动小车还用于根据第五小车指令夹取所述目标零部件，并将所述目标零部件运输至所述车铣复合机床处；
[0019]所述车铣复合机床还用于根据第二复合指令对所述目标零部件进行车铣复合加工。

[0020]优选地，还包括智能机器人和智能装配工作站，其中：
[0021]所述移动小车还用于根据第六小车指令将若干待装配部件运输至所述智能装配工作站处；
[0022]所述智能机器人用于根据抓取指令从所述移动小车上抓取每一待装配部件，并将每一待装配部件放置在所述智能装配工作站上的预设位置；
[0023]所述智能装配工作站用于对每一待装配部件进行组装。

[0024]优选地，还包括：中控室，所述中控室用于对分别对所述原料库、所述移动小车、所述加工设备进行总控制。

[0025]优选地，所述原料库包括第一控制单元，所述第一控制单元用于对所述原料库进行单独控制；
[0026]所述移动小车包括第二控制单元，所述第二控制单元用于对所述移动小车进行单独控制；
[0027]所述加工设备包括第三控制单元，所述第三控制单元用于对所述加工设备进行单独控制。

[0028]优选地，所述中控室比所述第一控制单元、所述第二控制单元、所述第三控制单元的控制优先级高。

[0029]本实用新型实施例提供的一种智能制造系统，该智能制造系统区别于单一功能的自动化生产线，原料库和移动小车之间在设置上相互独立，在完成任务时协同配合，该智能制造系统具备智能制造的柔性化、自适应、视觉控制非检测、机器人适应性协同技术，降低了智能制造技术需要升级时的障碍程度，提高了该智能系统的通用性，并且满足多品种、多类型的差异性产品需求。

附图说明
[0030]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0031]图1为本实用新型实施例提供的一种智能制造系统的结构示意图。

具体实施方式
[0032]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0033]图1为本实用新型实施例提供的一种智能制造系统的结构示意图，如图1所示，该智能制造系统包括：原料库101和移动小车102。

其中：
[0034]所述原料库用于存储零件的原材料；
[0035]所述移动小车用于根据第一小车指令从所述原料库中获取目标原材料，并运输所述目标原材料。

[0036]具体地，本实用新型实施例提供的一种智能制造系统主要用于应用智能制造技术的实训平台，主要以培训学生技能为目标，方便学生介入各个环节学习智能制造技术。

[0037]该智能制造系统主要包括原料库和移动小车，其中，如图1所示，整个智能制造系统以左下角为原点，建立坐标系，原料库和加工设备都坐落在智能制造系统内部的某个位置，其在系统中的位置坐标是已知的。

[0038]原料库中存储着所由零件的原材料，移动小车为AGV小车，从图中可以看出，原料库和加工设备两旁铺设有轨道，移动小车接收到第一小车指令后，该移动小车上附有一个机器人，该机器人从原料库中抓取目标原材料，并在轨道上对目标原材料进行运输。

[0039]本实用新型实施例提供的一种智能制造系统，该智能制造系统区别于单一功能的自动化生产线，原料库和移动小车之间在设置上相互独立，在完成任务时协同配合，该智能制造系统具备智能制造的柔性化、自适应、视觉控制非检测、机器人适应性协同技术，降低了智能制造技术需要升级时的障碍程度，提高了该智能系统的通用性，并且满足多品种、多类型的差异性产品需求。

[0040]在上述实施例的基础上，优选地，所述移动小车还用于根据第二小车指令将新原材料增加到所述原料库中。

[0041]在上述实施例的基础上，优选地，还包括若干加工设备，所述加工设备包括线切割机床103、3D打印机104和车铣复合机床105中的一种或多种，其中：
[0042]所述线切割机床用于根据第一切割指令对切割材料进行加工；
[0043]所述3D打印机用于根据第一打印指令对第一零部件进行增材制造；
[0044]所述车铣复合机床用于根据第一复合指令对第二零部件进行车铣复合加工。

[0045]具体地，该加工设备可以是线切割机床、3D打印机和车铣复合机床中的一种或者多种，线切割机床(Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM)，属电加工范畴，其基本物理原理是自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道。

[0046]线切割机床是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和实用新型了电火花加工方法。

[0047]若线切割机床接收到第一切割指令，线切割机床根据第一切割指令对切割材料进行加工，此处的切割材料可以是单独的材料，而不是从该系统中其它模块处得来的材料，即该线切割机床可以单独进行工作。

[0048]具体地，该加工设备还可以是3D打印设备。

3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

[0049]3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。

常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。

该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

[0050]同样地，如果3D打印接收到第一打印指令，对第一零部件进行增材制造，3D打印技术可以单独使用。

[0051]该加工设备还可以是车铣复合机床，车铣复合机床主要用来对第二零部件进行车铣复合加工。

复合加工是机械加工领域目前国际上最流行的加工工艺之一，是一种先进制造技术。

复合加工就是把几种不同的加工工艺，在一台机床上实现。

复合加工应用最广泛，难度最大，就是车铣复合加工。

车铣复合加工中心相当于一台数控车床和一台加工中心的复合。

[0052]车铣复合机床是复合加工机床中发展最快、使用最广泛的数控设备。

机床复合化是机床发展的重要方向之一。

复合机床又包括车铣复合、车铣磨复合、铣磨复合、切削与3D 打印复合、切削与超声振动复合、激光与冲压复合等多种多样的形式，复合的目的就是让一台机床具有多功能性，可一次装夹完成多任务，提高加工效率和加工精度。

[0053]本智能制造系统中，该车铣复合机床也可以单独进行使用。

[0054]另外，该加工设备还可以同时包括线切割机床、3D打印机和车铣复合机床中的任意两个设备或三个设备，本实用新型实施例中，以同时包含线切割机床、3D打印机和车铣复合机床为例进行说明。

[0055]线切割机床、3D打印机和车铣复合机床分别坐落在该智能制造系统的不同坐标位置，并且每个设备方便也铺设有轨道，方便这些加工设备与其它模块之间通过移动小车进行相互联系。

[0056]在上述实施例的基础上，优选地，所述移动小车还用于根据第三小车指令将目标原材料运输至所述线切割机床处；
[0057]所述线切割机床还用于根据第二切割指令对所述目标原材料进行加工，获取所述目标原材料对应的目标零部件。

[0058]具体地，当需要线切割机床与原料库之间进行相互协同配合工作时，首先向移动小车发送第三小车指令，移动小车根据第三小车指令将目标原材料运输至线切割机床处，然后向线切割机床发送第二切割指令，线切割机床根据第二切割指令对移动小车得到的目标原材料进行加工，得到目标原材料对应的目标零部件。

[0059]在上述实施例的基础上，优选地，所述移动小车还用于根据第四小车指令夹取并运输所述目标零部件；
[0060]所述3D打印机还用于根据第二打印指令从所述移动小车中获取所述目标零部件，并根据所述目标零部件，进行增材制造。

[0061]具体地，线切割机床对目标原材料加工后得到目标零部件后，移动小车接受到第四小车指令，根据第四小车指令移动到线切割材料处，抓取线切割材料处的目标零部件，并将目标零部件运输到3D打印机处，3D打印机根据第二打印指令，从移动小车中获取目标零部件，并根据该目标零部件，进行增材制造，此处，当需要3D打印机与智能制造系统中的其它模块进行配合工作时，向3D打印机发送第二打印指令即可。

[0062]在上述实施例的基础上，优选地，所述移动小车还用于根据第五小车指令夹取所述目标零部件，并将所述目标零部件运输至所述车铣复合机床处；
[0063]所述车铣复合机床还用于根据第二复合指令对所述目标零部件进行车铣复合加工。

[0064]由上可知，本智能制造系统中，当需要车铣复合机床与该智能制造系统中的其它模块进行配合使用时，向移动小车发送第五小车指令，移动小车根据第五小车指令夹取线切割机床加工得到的目标零部件，并根据线切割机床的坐标和车铣复合机床的坐标，将目标零部件运输至车铣复合机床处。

[0065]向车铣复合机床发送第二复合指令，车铣复合机床根据第二复合指令，对目标零部件进行车铣复合加工。

[0066]综上，本实用新型实施例中提供的线切割机床、3D打印机和车铣复合机床三种加工设备，这三种加工设备既可以单独使用，当需要模块间协作配合时，也可以相互配合使用。

本实用新型实施例提供的智能制造系统，该系统中模块的独立性与协同性并存。

智能制造技术升级无障碍和通用性，区别于单一功能的自动化生产线，满足多品种、多类型的差异性产品需求。

[0067]在上述实施例的基础上，优选地，还包括智能机器人106和智能装配工作站107，其中：
[0068]所述移动小车还用于根据第六小车指令将若干待装配部件运输至所述智能装配工作站处；
[0069]所述智能机器人用于根据抓取指令从所述移动小车上抓取每一待装配部件，并将每一待装配部件放置在所述智能装配工作站上的预设位置；
[0070]所述智能装配工作站用于对每一待装配部件进行组装。

[0071]此处的智能机器人与前面提到的移动小车上的机器人是不同的，此处的智能机器人为学生进行实训训练时提供不同的训练任务，智能机器人是装配机器人，具备类自然语言的控制系统和微小型体积，能够独立进行一定精度的装配工作，并且能够在所述智能装配工作站承担零部件的抓持。

[0072]具体地，智能装配工作站包含视觉、机器人、运动平台、紧固系统等关键部件，采用驱控一体硬软件系统，依靠移动小车实现待装配部件的上下料，本实用新型实施例中，该智能制造系统还包括零件库和/或检测仪器，装配完成后通过移动小车放入零件库或者检测仪器，实现待装配部件的入库或者检测。

[0073]具体地，该智能制造系统还包括智能机器人和智能装配工作站，智能装配工作站主要用于对待装配部件进行组装，得到零部件，具体过程为：向移动小车发送第六小车指令，第六小车指令将多个待装配部件运输到智能装配工作站处，智能机器人接收到抓取指令，根据抓取指令从移动小车上抓取每个待装配部件，并将每个待装配部件放置在智能装配工作站上的预设位置处。

智能装配工作站用于对每个待装配部件进行组装。

[0074]在上述实施例的基础上，优选地，还包括：中控室108，所述中控室用于对分别对所述原料库、所述移动小车、所述加工设备进行总控制。

[0075]具体地，该智能制造系统还包括中控室，中控室中可以分别对原料库、移动小车、加工设备、智能机器人、装配工作站等分别进行控制，相当于总控制模块。

[0076]在上述实施例的基础上，优选地，所述原料库包括第一控制单元，所述第一控制单元用于对所述原料库进行单独控制；
[0077]所述移动小车包括第二控制单元，所述第二控制单元用于对所述移动小车进行单独控制；
[0078]所述加工设备包括第三控制单元，所述第三控制单元用于对所述加工设备进行单独控制。

[0079]另外，原料库、移动小车和加工设备还可以自己单独进行控制，具体实现方式为，原料库中包括第一控制单元，第一控制单元用来实现对原料库的控制，移动小车包括第二控制单元，第二控制单元用来实现对移动小车的控制，这里对移动小车的控制，包括向移动小车发送控制指令，加工设备包括第三控制单元，第三控制单元用来实现对加工设备进行单独控制。

[0080]在上述实施例的基础上，优选地，所述中控室比所述第一控制单元、所述第二控制单元、所述第三控制单元的控制优先级高。

[0081]本实用新型实施例中采用两层控制体系，第一层为中控室提供的总控制，第二层为各个模块内部的控制，就优先级而言，中控室提供的总控制比第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元的控制优先级高，本实用新型实施例中，在通过中控室对各个模块进行控制时，各个模块以中控室发送的指令为准，只有在中控室不对模块进行控制时，各个模块才能进行单独控制。

[0082]该智能制造系统中各个模块旁边都配有工位，工位可以分为数据库技术工位、知识库技术工位、图像处理技术工位、智能装配控制技术工位、自适应控制技术工位、智能装配夹具设计与组装技术工位、智能紧固技术工位、机器人控制技术工位、智能AGV技术工位和物联网技术工位。

[0083]对于数据库技术工位，该数据库技术工位采用LABVIEW软件对物理数据进行采集整理，使用MYSQL进行数据库的编制，对数据进行整理、分析形成异构数据库；数据库的数据交换，可对数据交换的管理、数据交换的流程、数据交换的方式进行训练；同时基于B/S结构(Browser/Server，浏览器/服务器模式)对数据库进行远程操作的设计训练。

[0084]对于知识库技术工位，该知识库技术工位使用知识库编制软件Protege和Clips进行专家知识库设计方法的训练，通过培训可进行智能制造知识库以及制造工艺设计专家系统进行构件；通过深度学习算法，完成对图像识别知识库的设计。

[0085]对于图像处理技术工位，该图像处理技术工位进行图像处理软件MIL和EasyAR的培训，学会使用软件对二维及三维图像进行识别、提取；对人机协同特征识别软件培训，进行相应程序的编制；对同轴对位图像进行识别，进行人机协同识别编程；同时，进行趣味游戏的设计，人脸识别游戏设计，拟人化几何特征图像与识别软件比对。

[0086]对于智能装配控制技术工位，该智能装配控制技术工位使用自主研发的控制系统IFAC，学会如何使用类自然语言对被控对象进行控制，完成系统内被控对象多轴运动类自然语言程序设计；在开放式IFAC平台上编译程序设计添加新控制模式(如添加的新机器人)；IFAC与PLC控制对比实验，比较两种控制系统的优缺点，了解两种系统的控制特点。

[0087]对于自适应控制技术工位，该自适应控制技术工位搜索装配位置的神经网络控制算法与程序编制，并熟练掌握神经网络控制算法，独立对程序进行编制；为满足不同几何形状零件的装配实验，进行计算建模，自适应算法的编制与应用，实现装配不同几何形状零部件的自适应控制；对装配力控制算法进行编制，学会对装配工艺流程控制进行程序编制。

[0088]对于智能装配夹具设计与组装技术工位，该智能装配夹具设计与组装技术工位在装配过程中需要对不同几何特征的零件进行夹取，需要具有特殊结构的夹具，须对夹具族。